第6章 电容式传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学·2021）

传感器与检测技术 工程检测技术 电容式传感器 工作原理： 对于平行金属板组成的电容器： 工程检测技术 电容式传感器 工程检测技术 变面积式电容 工程检测技术 变面积式电容 变面积式电容特点： （1）输出特性为线性 （2）灵敏度K为常数 工程检测技术 变介质式电容 俯视图 工程检测技术 变介质式电容 工程检测技术 变极距式电容灵敏度及非线性 1——固定极板 2——动极板 设初始极距为d0，则： 工程检测技术 变极距式电容灵敏度及非线性 1——固定极板 2——动极板 极板上移△d，则： 当 <<1时 工程检测技术 变极距式电容非线性 非线性有多大？ 理想特性 实际特性 非线性误差 工程检测技术 变极距式电容非线性 灵敏度 工程检测技术 变极距式电容非线性 例2.1 变间距（d）型平板电容传感器，当 d0＝1mm时，若要求测量线性度0.1％。 求：允许间距测量最大变化量是多少？ 根据 解： 要使 工程检测技术 电容传感器的主要性能 工程检测技术 电容传感器等效电路 C—— 传感器电容； CP—— A、B两端寄生电容； R——引线电阻、金属接线柱电阻及电容极板电阻之和； L——传感器各连线端间总电感； RP——并联电阻，包括电极间直流电阻、介质 损耗电阻。 工程检测技术 电容传感器等效电路 CE 工程检测技术 电容传感器等效电路 CE 工程检测技术 电容传感器等效电路 结论： （1）激励电源的频率应低于谐振频率才能正常 工作； （2）传感器的测量和标定必须在相同的情况下 进行，包括导线的实际长度、接线方式等 条件。 工程检测技术 电容传感器测量电路 (1)运算放大器电路 ui C0 Cx uo i1 i2 非线性 根据“虚短”、“虚断”原理 工程检测技术 电容传感器测量电路 图4-13 电容式传感器构成交流电桥的一些形式 工程检测技术 电容传感器测量电路 C1、C2为差动传感器 被测量为0时，Z1=Z2=Z 传感器工作时， Z1=Z+ΔZ Z2=Z-ΔZ 工程检测技术 电容传感器测量电路 对于变极距式传感器 工程检测技术 电容传感器测量电路 要求： （1）电源电压波动极小； （2）电桥输出后级要接高输入阻抗放大器。 工程检测技术 电容传感器测量电路 等效电路 工程检测技术 电容传感器测量电路 图4-10 调频电路 工程检测技术 电容传感器测量电路 工程检测技术 电容传感器测量电路 图4-17 各点电压波形图 图4-16 脉冲调宽型电路原理图 双稳态触发器真值表 不定 0 0 不变 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 R S 工程检测技术 电容传感器测量电路 图6.28 各点电压波形图 工程检测技术 电容传感器测量电路 使用要求： （1）要求直流电源电压稳 定性高； （2）输出信号频率一般在 100KHz ～1MHz 工程检测技术 电容传感器测量电路 图4-18 差分脉冲调宽电路 工程检测技术 电容传感器测量电路 双T型充放电网络（自学） 工程检测技术 电容传感器的应用 图4-19 差分式电容压力传感器 工程检测技术 电容传感器的应用 图4-21 电容式加速度传感器结构示意图 工程检测技术 电容传感器的应用 硅微加工加速度传感器 微加工三轴加速度传感器 工程检测技术 电容传感器的应用 加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测得的负加速度值超过设定值时， 微处理器据此判断发生了碰 撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。 装有传感器的假人 气囊 工程检测技术 电容传感器的应用 利用加速度传感器实现延时起爆的钻地炸弹 传感器安装位置 工程检测技术 电容传感器的应用 图4-22 电容式料位传感器结构图 工程检测技术 电容传感器的应用 图4-23 电容式振动位移传感器结构示意图 工程检测技术 电容传感器的应用 图4-24 电容式振动位移传感器应用示意图 工程检测技术 电容传感器的应用 以铝棒和能渗透水的黄金膜为极 板，极板间充以氧化铝微孔介质。多 孔性氧化铝可从含有水分的气体中吸 收水蒸气或从含水液体介质中吸收水 分，吸水以后，介电常数  发生变 化，电容量随之改变。 多孔氧化铝吸湿的电容 式湿度传感器 工程检测技术 电容传感器的应用 多孔性氧化铝湿敏电容传感器外形 工程检测技术 电容传感器的应用 湿敏电容外形 吸水高分子薄膜 工程检测技术 电容传